KR100477217B1 - 축산폐수 처리방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고액상의 축산폐수 예를 들면 돈뇨 및 돈분 혹은 청소오수 등과 같이 돼지사육과정에 발생되어지는 축산폐수를 수거하여 이들을 정화처리하거나 퇴비화하기 위한 전처리로 액상의 폐수와 슬러지를 분리시키고 분리된 폐수는 정화처리할 수 있는 축산폐수 처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명은 폐수저류탱크(10)에 저장된 축산폐수를 탈수장치(20)로 직접 이송시키는 파이프(P)상에 내부에 다수의 다이야프램(31)이 일정간격으로 설치된 라인형 믹서(30)를 설치하고 이 믹서(30)의 입구측에 응집제(폴리머) 투입관(12)을 통해 응집제를 적정량 주입하여 폐수와 응집제가 상기 라인형 믹서(30)의 다이어프램(31)을 지그재그로 통과하면서 응집제를 효과적으로 폐수에 혼합시킨 뒤 이를 탈수장치(20)투입하여 폐수는 탈수되고 슬러지만 따로 분리시킨 뒤 이를 퇴비화하고, 폐수는 후처리공정으로 바이오 필터 사석장치(40)를 통해 정화시킨 뒤 하천으로 방류시키는 축산폐수 처리방법 및 장치이다.

Description

축산폐수 처리방법 및 그 장치{a disposing method for animal husbandry waste water and system thereof}

본 발명은 고액상 축산폐수중 액상의 폐수와 반고체상태의 슬러지를 효율적으로 정화처리하기 위하여 액상의 폐수와 슬러지를 분리하는 전처리방법 및 그 장치와, 전처리 후의 후처리공정을 일괄처리할 수 있는 축산폐수 처리방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축산폐수를 효과적으로 처리하기 위하여 액상의 폐수와 반고체상태의 슬러지를 예비처리하여 분리가능하게 하고 분리된 슬러지를 퇴비화하고, 폐수는 방류가능한 범위로 정화처리할 수 있는 축산폐수 처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.

최근 양돈농가의 대형화추세에 따라 사육과정에서 많은 량의 축산폐수가 발생되는 바, 이로 인해 지하수나 하천의 오염이 심화되고 있고 심한 악취로 인해 쾌적한 주거환경에도 심각한 악영향을 끼치고 있다.

이러한 문제가 사회적으로 심각한 수준에 이르러 축산폐수를 정부차원에서 관리처리하기 위해 축사에서 수거된 축산폐수를 정화시키기 위한 축산폐수정화 처리시설을 전국 각 지역에 설치·가동하고 있다.

그러나, 실제로 축산농가에서 발생된 축산폐수의 BOD농도는 20,000~25,000ppm 범위가 되기 때문에 실제로 공공시설인 축산폐수처리시설의 가동시 과부하로 인해 축산폐수처리시설을 가동하지 못하고 있는 실정이다. 따라서, 효율적인 축산폐수공공처리시설의 가동을 위하여 처리기준 혹은 환경기준 이내로 2∼3차 고도처리시설을 더 설치해야 하는 문제가 있어 왔다.

그 일예로 기존에는 폐수저류시설에 수거된 액상의 축산폐수와 반고체상태의 슬러지를 분리한 뒤 슬러지는 퇴비화하고, 액상의 폐수는 BOD농도를 낮추어 정화처리하는 방법이 시도되고 있다.

특히, 축산폐수를 액상과 슬러지를 분리하는 방법으로는 원심탈수기와 벨트 프레스방식이 주류를 이루고 있으나, 이러한 처리방법들은 부유물질 제거율이 40∼50%에 불과하여 현실적으로 실효성이 없는 실정이다.

한편, 최근에 개발되고 시도되고 있는 축산폐수를 액상의 폐수와 슬러지를 분리하는 방법으로는 응집제를 혼합시킨 축산폐수를 탈수장치로 이송시켜 탈수탱크내에 설치된 여과장치에 의해 액상의 폐수는 여과장치를 통과하여 별도로 수거하고, 탈수된 슬러지는 퇴비화하는 방법이다.

그러나, 위와 같이 탈수장치를 이용하여 폐수와 슬러지를 분리하기 위한 전처리공정으로서 축산폐수를 혼합탱크로 이송시켜 그 속으로 응집제(폴리머)를 투여한 뒤 폭기장치를 통해 폐수를 수시간동안 교반하여 응집제와 폐수를 고르게 혼합시킨 뒤 이를 상기한 탈수장치로 보내 탈수공정을 수행하게 된다.

이때 응집제로 사용되는 폴리머는 폴리아크릴 아미드, 아크릴아미드, 아크릴산염의 공중합체를 기초로 한 합성고분자 화합물을 주로 사용된다.

그러나 상기한 바와 같이 혼합장치에서는 많은 축산폐수를 처리할 수 있도록 하기 위해 탱크의 용량을 크게 설계해야 함으로 혼합장치의 설치시 그에 상응하는 설치공간을 확보해야 하고, 또한 혼합탱크내서 응집제와 폐수가 효과적으로 혼합이 이루어지도록 에어를 불어넣는 폭기장치 혹은 폐수와 응집제를 혼합하기 위한 교반장치를 추가적으로 설치해야 함으로 많은 시설투자비용이 요구되는 문제점이 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제로 인해 혼합장치는 축산폐수가 발생되는 현장에 설치하지 못하고 발생되어진 축산폐수는 임시로 폐수저장탱크에 저장·보관한 뒤 일정량이 채워지면 이것을 축산폐수공공처리시설로 운반하여 처리하는 불편함과 어려움이 있다.

또한, 상기한 바와 같은 혼합장치는 응집제와 폐수가 고르게 혼합되도록 충분한 시간동안 폭기시키거나 교반해 주어야 하기 때문에 축산폐수의 처리시간이 길어지는 것이 문제점으로 지적되어 왔다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 혼합장치에서와 같은 설치공간이 요구되지 않으므로 설치제약이 없을 뿐만 아니라 폐수의 탈수장치로 이송시키는 과정에 혼합되도록 함으로서 축산폐수처리를 신속하게 수행할 수 있는 축산폐수 전처리방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 탈수장치를 통해 분리된 슬러지는 퇴비화하고, 폐수는 후속공정을 통해 수질을 방류허용치 이내로 정화처리할 수 있는 축산폐수 후처리방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 축산폐수 전처리방법 및 그 장치를 구현한 구현수단으로서는 폐수저류탱크에 저장된 축산폐수를 탈수장치로 직접 이송시키는 이송파이프에 내부에 다수의 다이야프램이 설치된 라인형 믹서를 설치하여 축산폐수가 탈수장치에 도달하기 전에 응집제와 축산폐수가 상기 믹서내부를 지그재그로 통과하면서 다이야프램에 부딪히면서 혼합되어지도록 함으로서 탈수장치에 유입되었을 때 액상의 폐수는 여과장치를 통과하여 밑으로 배출시켜 별도로 분리수거하고, 반고체 상태의 슬러지를 탈수탱크에 침전시켜 수거하는 것에 특징이 있다.

아울러, 본 발명에 따른 축산폐수 후처리방법 및 그 장치로서는 상기한 바와 같은 탈수장치에 의해 분리된 슬러지는 별도의 퇴비화공정을 통해 처리하고, 폐수는 자연석을 다단형으로 적층된 정화층으로 이루어진 바이오 필터 사석장치를 통과시켜 방류 허용범위치 이내로 정화시켜 이를 방류할 수 있도록 한 것에 특징이 있다.

본 발명의 가장 핵심적인 기술적 사상은 폐수저류탱크에 저장된 축산폐수가 펌프에 의해 이송되는 과정에서 폐수와 응집제가 고르게 혼합되도록 한 폐수 전처리공정과 분리된 폐수는 바이오 필터 사석장치에 침출시켜 방류기준치 이내로 정화시키는 후처리공정에 있다.

따라서, 본 발명에 따른 폐수 전처리공정의 경우는 라인형 믹서내에서 폐수와 응집제가 보다 잘 혼합되도록 다이야프램에 충돌하는 횟수를 수회이상 이루어지도록 다이야프램을 다수개로 형성하는 것이 바람직하다. 라인형 믹서내의 다이야프램의 형태는 다양한 형태로 변형되어질 수 있으나 본 발명자가 의도하는 바는 폐수와 응집제가 라인형 믹서를 통과할 때 구불구불하게 이동 혹은 와류현상이 발생되되도록 함으로서 폐수와 응집제가 뒤섞이거나 부딪히는 과정을 통해 혼합되도록 한 것에 있다.

본 발명은 축산폐수를 탈수장치로 이송시키는 이송과정에 응집제와 폐수가 혼합되어짐으로 혼합장치의 설치공간이 필요치 않아 기존과 같은 혼합장치(교반장치포함)등과 같은 시설비용투자가 요구되지 않아 극히 적은 비용으로 신속한 폐수처리시설을 할 수 있고, 또 처리공정을 수행할 수 있다. 따라서 축산농가의 현장에 저렴한 비용으로 설치할 수 있어 즉시 축산폐수를 처리할 수 있는 효과가 있는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 축산폐수 처리방법 및 그 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 축산폐수 전처리방법 및 그 장치를 예시적으로 보여주는 도면으로서, 참조번호 10은 폐수저류탱크이며, 11은 펌프이고, 20은 탈수장치이며, 30은 라인형태로 길이가 긴 믹서이다.

상기한 폐수저류탱크(10)와 탈수장치(20)의 사이에는 배관파이프(P)가 연결되어 있으며, 그 배관파이프(P)상에 펌프(11)와 라인형 믹서(30)가 부설되어 있다. 상기 펌프(11)는 폐수저류탱크(10)내의 폐수를 탈수장치(20)로 펌핑시킨다.

이때 상기한 라인형 믹서(30)의 입구측 배관 파이프(P)에 응집제 투입용 투입관(12)이 설치되어 폐수속에 응집제를 주입한다.

응집제는 도 2에 도시된 바와 같이 축산폐수와 함께 라인형 믹서(30)의 내부를 통과하면서 응집제와 축산폐수는 다이야프램(31)에 부딪히면서 그 충돌압에 의해 서로 혼합되어지는데 상기 다이야프램(31)은 믹서내에 지그재그형태로 설치하는 것이 바람직하다. 이는 축산폐수와 응집제가 수평·수직운동을 연속적으로 반복하는 동안에 방향이 전환되어질 때 응집제와 폐수를 보다 효과적으로 혼합시키는 작용을 한다.

아울러, 상기한 응집제 주입관(12) 이외에 라인형 믹서(30)의 입구측에 에어를 주입하는 에어주입관(A)을 상기 응집제 주입관(12)과 병렬로 형성하여 축산폐수, 응집제 및 공기가 함께 유입되도록 하여 다이야프램(31)에 충돌되어질 때 에어가 기포를 형성하면서 응집제와 축산폐수의 혼합효율을 더 향상시키는 작용을 한다.

상기한 라인형 믹서(30)를 통과하면서 혼합된 축산폐수는 도 3과 도4에 도시된 바와 같이 탈수탱크(20a)의 바닥으로 유입되어 차츰 상부로 차올라오면서 좌우측에 설치된 여과장치(21)에 의해 폐수중 액체는 여과장치(21)를 통과하여 탈수탱크(20a)의 외부로 배출됨으로 양 여과장치(21)사이에는 탈수된 슬러지만 남아있게 된다.

이후 슬러지는 탈수탱크(20a)의 저면에 설치되어진 실린더(22)의 길이가 연장되도록 작동시키면 탈수탱크(20a)는 힌지(20b)를 중심으로 회전하여 내부에 쌓인 슬러지를 밖으로 쏟아낼 수 있다. 물론 슬러지는 퇴비화하기 위해서는 도면에는 도시되지 않았으나 별도로 시설된 퇴비제작공정(본 발명에서는 상세히 설명되지 않았음)을 통해 퇴비로 생산되어진다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 축산폐수 전처리방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 축산폐수 전처리방법의 특징은 폐수저류탱크(10)에 저장된 폐수를 펌핑하여 라인형 믹서(30)를 통해 탈수장치(20)로 이송시키되 상기 라인형 믹서(30)의 입구측에 응집제 주입관(12)을 통해 폐수속에 적정량의 응집제를 함께 주입하여 이송시키는 단계와; 상기 라인형 믹서(30)를 통과하는 폐수와 응집제가 상기 믹서의 다이야프램(31)에 부딪히면서 지그재그로 통과하도록 하여 응집제를 축산폐수에 균일하게 혼합시키는 혼합단계와; 상기 믹서(30)에서 배출된 축산폐수가 상기 탈수장치(20)속으로 유입되어져 여과장치(21)에 의해 폐수를 탈수시켜 슬러지와 액상의 폐수를 분리하는 분리단계 및 상기 슬러지와 액상의 폐수를 분리하여 슬러지는 퇴비화를 위해 후속처리되어지고, 상기 액상의 폐수는 바이오 필터 사석장치(40)를 통과시켜 정화시키고 이것을 통과하여 침출된 물을 하천으로 방류시키는 것에 특징이 있다.

상기한 라인형 믹서(30)의 입구측에 에어를 주입하는 에어주입관(A)을 응집제 주입관(12)과 병렬로 설치하여 폐수와 응집제 및 에어가 함께 라인형 믹서(30)에 유입되도록 하여 다이야프램(31)에 충돌시 그 혼합효율을 증대시킬 수 있다.

이상에서 설명한 내용은 축산폐수의 전처리공정으로서 이하에서는 폐수 후처리공정 및 그 장치에 대하여 설명한다.

도 5를 참조하면, 도5는 본 발명에 따른 축산폐수의 후처리방법 및 그 장치를 보여주는 단면도로서, 상기한 탈수탱크(20a)에서 슬러지로부터 분리되어진 액상의 폐수는 바이오 필터 사석장치(40)의 다단형 정화층(L1∼L7)을 통과하면서 정화되어지게 되며 정화된 물은 하천으로 방류되어진다. 상기한 바이오 필터 사석장치(40)에 마련된 정화층(L1∼L7)의 세부적인 구성은 다음과 같다.

콘크리트 탱크 바닥에 직경이 약 10∼15㎝를 갖는 자갈층(L1)을 약 50㎝이내로 적층시키고, 그 위에 바이오매트층(L2)를 5㎝두께로 적층시키며, 그 위로 직경이 0.5㎝이내의 잔돌층(L3)을 약 20∼35㎝두께로 적층하고, 잔돌층(L3)위에 직경이 0.5㎝ 이내인 왕모래를 약 20㎝두께로 적층(L4)하고 그 왕모래층(L4)위에 직경이 3∼5㎝의 자갈을 25∼30㎝ 두께로 적층(L5)하며, 그 위로 직경이 0.5㎝ 이내인 왕모래를 약 20㎝ 두께로 적층(L6)하고, 그 위면에 매트(L7)를 약 1.5㎝두께로 커버되어 있다.

상기한 콘크리트 탱크의 높이는 대략 150㎝정도가 적당하며, 그 바닥측 에는 배출관이 마련되어 정화된 물을 하천으로 배출시킨다.

상기한 축산폐수의 후처리장치인 바이오 필터 사석장치(40)에서 왕모래층(L4)은 그 높이가 20㎝ 이하일 때는 폐수 침출속도가 너무 빨라 물색깔등의 농도변화가 미흡하고, 또 오염부화량 및 여러 오염물질 등의 처리효율이 너무 저조하여 그 효과는 전체처리효율이 8%정도여서 바람직하지 않다.

그러나, 왕모래층(L4)의 높이를 30㎝이상으로 처리할 경우 전체처리 효율이 20%이상 정화처리가 잘되는 것으로 확인할 수 있었고, 40㎝ 이상인 경우 폐수배출속도가 너무 지연되어 폐수정화속도가 느려지는 단점이 있다.

잔돌층(L3)은 습기가 풍부한 잔돌층(L3)에서는 생성된 미생물이 유입된 작은 오니류 등을 잘 분해해주는 것으로 나타났는데, 잔돌층(L3)에 쌓인 오니류를 처리하는 분해조역활을 하고 그 층의 높이가 높을 수록 총질소와 인을 처리하는 효율이 아주 양호해진다. 특히 이 잔돌층(L3)에서는 축산폐수에서 처리가 어려운 질소, 인 오염성분이 높아 생물학적 처리 등이 효과적이다.

자갈층(L1)과 잔돌층(L3)은 사석 여과조 하부의 자갈층(L1)에는 처리된 물이 계속 체류하고 있어 미생물이 자갈층(L1)에서 식생하는 생물의 서식처 역활을 제공하는데 자갈층(L1)위에 바이오 필터를 수평방향으로 커버하여 잔돌층(L3)을 10㎝정도 덮어주면 부유물질 등 토사유출을 억제하고 생물의 서식환경조성 등 미생물의 서식 공간을 제공하여 자연형 수질정화 기능을 수행한다.

상기한 바와 같은 바이오 필터 사석장치(40)의 각 정화층은 전처리된 축산폐수의 처리수 유입량, 속도 등을 고려하여 바이오 필터 사석장치(40)의 평면적을 증감시켜 설치할 수 있다.

아울러, 상기한 왕모래층과 소자갈층을 반복하여 2단으로 적층하여 설계한 경우 1단으로 적층한 것에 비해 BOD, SS, 질소, 인의 처리효율이 법정폐수처리 기중 이내로 정화된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 축산폐수 처리방법 및 그 장치는 기존에서와 같은 혼합장치 및 폭기장치등이 요구되지 않으며, 폐수의 이동과정에 응집제와 폐수를 효과적으로 혼합할 수 있어 설치면적에 제한 받지 않으며 저렴한 비용으로 시공이 가능할 뿐만 아니라 폐수는 방류가능한 범위로 정화처리함으로 폐수가 발생되는 현장에서 폐수처리가 가능한 잇점이 있다.

삭제

도1은 종래의 축산폐수 전처리장치로서 슬러지와 폐수혼합과 분리하는 공정을 예시한 개념도이다.

도 2는 본 발명에 따른 축산폐수 전처리 장치인 라인형 믹서의 요부를 발췌하여 도시한 요부 절개사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 축산폐수의 슬러지와 폐수 탈수장치의 요부절취 사시도

도 4는 도 3의 종단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 축산폐수의 후처리장치인 바이오 필터 사석장치를 도시한 단면도이다.

도 6은 본 발명의 축산폐수 전·후처리과정을 예시한 분리공정을 나타낸 블럭도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:폐수저류탱크 P:배관파이프

11:펌프 12:응집제 주입관

30:라인형 믹서

31:다이야프램 20:탈수장치

20a:탈수탱크 21:여과장치

22:실린더 A: 에어주입관

Claims (8)

1. 폐수저류탱크(10)에 저장된 폐수를 펌핑하여 파이프(P)를 따라 이송시키되 이송되는 폐수속으로 응집제 주입관(12)을 통해 적정량의 응집제를 함께 주입하여 이송시키는 이송단계와;

   상기 파이프(P)를 통해 유입된 축산폐수와 응집제를 혼합하는 혼합단계 및

   상기 혼합단계에서 배출된 축산폐수가 채워지는 탱크(20a)를 구비하되 양측으로 대칭되게 폐수를 통과시키고 슬러지를 걸러내는 여과장치를 구비하는 액상의 폐수를 탈수하는 탈수단계로 이루어진 축산폐수 전처리방법에 있어서,

   상기 폐수저류탱크(10)와 탈수장치(20)사이에 설치하되, 내부에 지그재그형으로 수로가 형성되도록 일정간격으로 이격된 다수의 다이야프램(31)을 구비하는 라인형 믹서(30)를 설치하여 투입된 폐수와 응집제가 상기 믹서의 다이야프램(31)에 부딪히도록 하여 혼합시키는 단계와;

   상기 응집제와 폐수의 혼합효율을 향상시키기 위하여 상기 라인형 믹서(30)의 입구측에 에어를 주입하여 폐수에 응집제의 혼합효율을 향상시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 축산폐수 전처리방법.
2. 폐수저류탱크(10)에 저장된 폐수를 펌핑하여 파이프(P)를 따라 이송시키되 이송되는 폐수속으로 응집제 주입관(12)을 통해 적정량의 응집제를 함께 주입하여 이송시키고, 상기 파이프(P)를 통해 유입된 축산폐수와 응집제를 혼합하는 혼합장치와, 상기 혼합장치에서 배출된 축산폐수를 수용하는 탱크(20a)를 구비하되, 탱크(20a)내의 양측에 폐수는 통과시키고, 슬러지는 걸러내는 여과장치(21)를 구비하는 탈수장치로 이루어진 축산폐수 전처리장치에 있어서,

   상기 폐수저류탱크(10)와 탈수장치(20)사이에 혼합장치를 설치하되, 내부에 지그재그형으로 수로가 형성되도록 일정간격으로 이격된 다수의 다이야프램(31)을 구비하는 라인형 믹서(30)를 설치하여 투입된 폐수와 응집제가 상기 믹서의 다이야프램(31)에 충돌하고 지그재그로 이송되면서 상기 응집제와 상기 축산폐수가 혼합되도록 하고, 상기 응집제와 폐수의 혼합효율을 향상시키기 위하여 상기 라인형 믹서(30)의 입구측에 에어주입관(A)을 상기 응집제 주입관(12)과 병렬로 설치하여 에어를 함께 주입하는 것을 특징으로 하는 축산폐수 전처리장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 수거된 축산폐수를 액상의 폐수와 반고체의 슬러지를 분리하여 분리된 폐수를 정화시키는 정화방법에 있어서,

   콘크리트 탱크바닥에 직경이 약10∼15㎝인 자갈층(L1)을 약 50㎝이내로 적층시키고, 그 위에 바이오매트층(L2)를 5㎝두께로 적층시키며, 그 위로 직경이 0.5㎝이하의 잔돌층(L3)을 약 20∼35㎝두께로 적층하고, 잔돌층(L3)위에 직경이 0.5㎝ 이내인 왕모래를 약 20㎝두께로 적층(L4)하며, 그 왕모래층(L4)위에 직경이 3∼5㎝의 자갈을 25∼30㎝ 두께로 적층(L5)하고, 그 위로 직경이 0.5㎝ 이내인 왕모래를 약 20㎝ 두께로 적층(L6)하며, 그 위면에 매트(L7)를 약 1.5㎝두께로 커버된 바이오 필터 사석장치(40)에 통과시켜 정화처리하는 것을 특징으로 하는 축산폐수 후처리방법.
7. 수거된 축산폐수를 액상의 폐수와 반고체의 슬러지를 분리하여 분리된 폐수를 정화시키기 위한 정화장치에 있어서,

   콘크리트 탱크(1)바닥에 직경이 약 10∼15㎝의 자갈(L1)을 약 50㎝이내로 적층시키고, 그 위에 바이오매트(L2)를 5㎝두께로 적층시키며, 그 위로 직경이 0.5㎝이내의 잔돌(L3)을 약 20∼35㎝두께로 적층하고, 잔돌(L3)위에 직경이 0.5㎝ 이내인 왕모래를 약 20㎝두께로 적층(L4)하며, 그 왕모래(L4)위에 직경이 약 3∼5㎝의 자갈(L5)을 약 25∼30㎝ 두께로 적층하고, 그 위로 직경이 0.5㎝ 이내인 왕모래(L6)를 약 20㎝ 두께로 적층하고, 그 위면에 매트(L7)를 약 1.5㎝두께로 커버된 바이오 필터 사석장치(40)를 탈수되어 분리된 폐수를 침출시켜 정화처리하는 것을 특징으로 하는 축산폐수 후처리장치.
8. 제7항에 있어서, 상기한 왕모래층과 자갈층을 이중으로 2단 적층한 것을 특징으로 하는 축산폐수 후처리장치.